Што такое гукавы бар'ер. Пераадоленне гукавога бар'еру

Што мы ўяўляем сабе, калі чуем выраз «гукавой бар'ер»? Нейкая мяжа і перашкоду, пераадоленне якой можа сур'ёзна паўплываць на слых і самаадчуванне. Звычайна гукавы бар'ер суадносяць з заваяваннем паветранай прасторы і прафесіяй лётчыка.

Пераадоленне гэтай перашкоды здольна справакаваць развіццё застарэлых хвароб, болевых сіндромаў і алергічных рэакцый. Правільныя Ці гэтыя ўяўленні або яны ўяўляюць сабой ўсталяваліся стэрэатыпы? Ці маюць яны пад сабой фактычную аснову? Што такое гукавы бар'ер? Як і чаму ён узнікае? Усё гэта і некаторыя дадатковыя нюансы, а таксама гістарычныя факты, звязаныя з гэтым паняццем, мы паспрабуем высветліць у дадзеным артыкуле.

Гэтая таямнічая навука - аэрадынаміка

У навуцы аэрадынаміцы, закліканай растлумачыць з'явы, якія суправаджаюць рух
лятальнага апарата, існуе паняцце «гукавой бар'ер». Гэта шэраг з'яў, якія ўзнікаюць пры руху звышгукавых самалётаў або ракет, якія перасоўваюцца на хуткасцях, набліжаных да хуткасці гуку або вялікіх.

Што такое ўдарная хваля?

У працэсе обцяканьне апарата звышгукавым патокам ў аэрадынамічнай трубе ўзнікае ўдарная хваля. Яе сляды могуць быць прыкметныя нават няўзброеным вокам. На зямлі яны выяўленыя жоўтай лініяй. Па-за конусу ударнай хвалі, перад жоўтай лініяй, на зямлі самалёт нават не чуваць. Пры хуткасці, якая перавышае гукавую, цела падвяргаюцца обцяканьне гукавым патокам, што цягне за сабой ўдарную хвалю. Яна можа быць не адна, што залежыць ад формы цела.

Пераўтварэнне ударнай хвалі

Фронт ударнай хвалі, які часам называюць скокам ўшчыльнення, мае даволі малую таўшчыню, якая дазваляе тым не менш адсачыць скачкападобныя змены уласцівасцяў патоку, зніжэнне яго хуткасці адносна цела і адпаведнае ўзрастанне ціску і тэмпературы газу ў патоку. Пры гэтым кінэтычная энергія часткова пераўтворыцца ва ўнутраную энергію газу. Колькасць гэтых змяненняў наўпрост залежыць ад хуткасці звышгукавога патоку. Па меры таго як ўдарная хваля аддаляецца ад апарата, памяншаюцца перапады ціску, і ўдарная хваля пераўтворыцца ў гукавую. Яна можа дасягнуць іншага назіральніка, які пачуе характэрны гук, які нагадвае выбух. Існуе меркаванне, што гэта сведчыць аб дасягненні апаратам хуткасці гуку, калі гукавы бар'ер самалёт пакідае ззаду.

Што адбываецца на самай справе?

Так званы момант пераадолення гукавога бар'ера на практыцы ўяўляе сабой праходжанне ударнай хвалі з нарастаючым гулам рухавікоў самалёта. Цяпер апарат апярэджвае суправаджалы яго гук, таму гул рухавіка будзе чутны пасля яго. Набліжэнне хуткасці лятальных апаратаў да хуткасці гуку стала магчымым яшчэ падчас Другой сусветнай вайны, але пры гэтым пілоты адзначалі трывожныя сігналы ў працы самалётаў.

Пасля заканчэння вайны нямала авіяканструктараў і лётчыкаў імкнуліся дасягнуць хуткасці гуку і пераадолець гукавы бар'ер, але многія з гэтых спроб заканчваліся трагічна. Песімістычна настроеныя навукоўцы сцвярджалі, што гэты мяжа перасягнуць немагчыма. Зусім не эксперыментальным, але навуковым шляхам атрымалася растлумачыць прыроду паняцця "гукавы бар'ер» і знайсці спосабы яго пераадолення.

Выведзеныя рэкамендацыі для бяспечных палётаў

Бяспечныя палёты на околозвуковых і звышгукавых хуткасцях магчымыя пры пазбяганні хвалевага крызісу, ўзнікненне якога залежыць ад аэрадынамічных параметраў самалёта і вышыні выраблянага палёту. Пераходы з аднаго ўзроўню хуткасці на іншы павінны выконвацца максімальна аператыўна з ужываннем фарсажу, што дапаможа пазбегнуць доўгага палёту ў зоне хвалевага крызісу. Хвалевай крызіс як паняцце прыйшоў з воднага транспарту. Узнікаў ён у момант руху судоў з хуткасцю, блізкай да хуткасці хваль на паверхні вады. Кантакт з хвалевай крызіс цягне за сабой цяжкасць росту хуткасці, і калі максімальна проста пераадолець хвалевай крызіс, то можна выйсці на рэжым глиссирования або слізгацення па воднай роўнядзі.

Гісторыя ў кіраванні самалётамі

Першы чалавек, які дасягнуў звышгукавы хуткасці палёту на эксперыментальным самалёце, - гэта амерыканскі лётчык Чак Йегер. Яго дасягненне адзначана ў гісторыі 14 кастрычніка 1947 гады. На тэрыторыі СССР гукавы бар'ер быў пераадолены 26 снежня 1948 года Сакалоўскага і Фёдаравым, якія кіравалі дасведчаным знішчальнікам.

З грамадзянскіх самалётаў першым пераадолеў гукавы бар'ер пасажырскі лайнер Douglas DC-8, які 21 жніўня 1961 года дасягнуў хуткасці 1.012 М, або 1262 км / ч. Палёт меў мэтай збор дадзеных для праектавання крыла. Сярод лятальных апаратаў сусветны рэкорд паставіла гіпергукавыя аэробаллистическая ракета «паветра-зямля», якая знаходзіцца на ўзбраенні расійскай арміі. На вышыні ў 31,2 кіламетра ракета развіла хуткасць 6389 км / гадзіну.

Праз 50 гадоў пасля пераадолення гукавога бар'еру ў паветры ангелец Эндзі Грын здзейсніў аналагічнае дасягненне на аўтамабілі. У вольным падзенні спрабаваў пабіць рэкорд амерыканец Джо Киттингер, які заваяваў вышыню ў 31,5 кіламетра. У нашы дні, 14 кастрычніка 2012 года, Фелікс Баўмгартнер паставіў сусветны рэкорд, без дапамогі транспарту, у вольным падзенні з вышыні 39 кіламетраў, пераадолеўшы гукавы бар'ер. Хуткасць яго пры гэтым дасягнула 1342,8 кіламетра ў гадзіну.

Самае незвычайнае пераадоленне гукавога бар'еру

Дзіўна думаць, але першым у свеце вынаходствам, якія пераадолелі гэты мяжа, стаў звычайны дубец, які прыдумалі старажытныя кітайцы амаль 7 тысяч гадоў таму. Практычна да вынаходкі маментальнай фатаграфіі ў 1927 году ніхто і не падазраваў, што пстрычка дубца - гэта мініятурны гукавы ўдар. Рэзкі ўзмах фармуе пятлю, а хуткасць рэзка ўзрастае, што і пацвярджае пстрычка. Гукавы бар'ер пераадольваецца на хуткасці парадку 1200 км / гадзіну.

Загадка самога шумнага горада

Нездарма жыхары маленькіх гарадоў адчуваюць шок, убачыўшы сталіцу ў першы раз. Багацце транспарту, сотні рэстаранаў і забаўляльных цэнтраў збіваюць з панталыку і выбіваюць з звыклай каляіны. Пачатак вясны ў сталіцы звычайна датуецца красавіком, а не мяцежным непагоднае сакавіком. У красавіку тут чыстае неба, бягуць ручаі і распускаюцца ныркі. Людзі, якія стаміліся ад доўгай зімы, шырока расхінаюць вокны насустрач сонцу, і ў дамы ўрываецца вулічны шум. На вуліцы аглушальна ціўкаюць птушкі, спяваюць артысты, дэкламуюць вершы весёлые студэнты, не кажучы ўжо пра шуме ў корках і метро. Супрацоўнікі аддзелаў гігіены адзначаюць, што доўга знаходзіцца ў шумным горадзе шкодна для здароўя. Гукавы фон сталіцы складаецца з транспартных,
авіяцыйных, прамысловых і бытавых шумоў. Найбольш шкодным з'яўляецца як раз аўтамабільны шум, так як самалёты лётаюць дастаткова высока, а шум ад прадпрыемстваў раствараецца ў іх будынках. Пастаянны жа гул аўтамабіляў на асабліва ажыўленых магістралях перавышае ўсе дапушчальныя нормы ў два разы. Як у сталіцы пераадольваецца гукавы бар'ер? Масква небяспечная багаццем гукаў, таму жыхары сталіцы ўсталёўваюць шклопакеты, каб прыглушыць шум.

Як ажыццяўляецца штурм гукавога бар'еру?

Да 1947 года не было фактычных дадзеных аб самаадчуванні чалавека ў кабіне самалёта, які ляціць хутчэй гуку. Як аказалася, пераадоленне гукавога бар'еру патрабуе пэўных сіл і адвагі. У працэсе палёту становіцца ясна, што няма ніякіх гарантый выжыць. Нават прафесійны пілот не можа дакладна сказаць, ці вытрымае канструкцыя самалёта атаку стыхіі. У лічаныя хвіліны самалёт можа проста разваліцца на часткі. Чым жа гэта тлумачыцца? Варта адзначыць, што рух з дозвуковой хуткасцю стварае акустычныя хвалі, палахлівыя як кругі ад апалага каменя. Звышгукавая хуткасць ўзбуджае ударныя хвалі, а які стаіць на зямлі чалавек чуе гук, падобны на выбух. Без магутных вылічальных машын складана было вырашыць складаныя дыферэнцыяльныя ўраўненні, і даводзілася абапірацца на прадзьмухванне мадэляў у аэрадынамічных трубах. Часам пры недастатковым паскарэнні самалёта ўдарная хваля дасягае такой сілы, што вылятаюць вокны з дамоў, над якімі пралятае самалёт. Пераадолець гукавы бар'ер зможа далёка не кожны, бо ў гэты момант трасе ўсю канструкцыю, значныя пашкоджанні могуць атрымаць мацавання апарата. Таму для пілотаў так важна моцнае здароўе і эмацыйная стабільнасць. Калі палёт ідзе мякка, а гукавы бар'ер пераадолены максімальна хутка, то ні пілот, ні магчымыя пасажыры не адчуюць асабліва непрыемных адчуванняў. Спецыяльна для заваявання гукавога бар'еру быў збудаваны даследчы лятальны апарат у студзені 1946 года. Стварэнне машыны была ініцыяваная замовай міністэрства абароны, але наўзамен зброі яе нашпігавалі навуковай апаратурай, якая адсочвала рэжым працы механізмаў і прыбораў. Гэты самалёт быў падобны на сучасную крылатую ракету з убудаваным ракетным рухавіком. Пераадоленне самалётам гукавога бар'еру адбывалася пры максімальнай хуткасці 2736 км / г.

Вербальныя і матэрыяльныя помнікі заваявання хуткасці гуку

Дасягненні ў пераадоленні гукавога бар'еру высока цэняцца і сёння. Так, самалёт, на якім Чак Йегер ўпершыню яго пераадолеў, цяпер выстаўлены ў Нацыянальным музеі паветраплавання і касманаўтыкі, які знаходзіцца ў Вашынгтоне. Але тэхнічныя параметры гэтага чалавечага вынаходкі мала б каштавалі без добрых якасцяў самага пілота. Чак Йегер прайшоў Лётнае вучылішча і ваяваў у Еўропе, пасля чаго вярнуўся ў Англію. Несправядлівае адхіленне ад палётаў не зламала дух Йегер, і ён дамогся прыёму ў галоўнакамандуючага войскамі Еўропы. За гады, што засталіся да канца вайны, Йегер удзельнічаў у 64 баявых вылетах, падчас якіх збіў 13 самалётаў. На радзіму Чак Йегер вярнуўся са званнем капітана. У яго характарыстыцы указана фенаменальная інтуіцыя, неверагоднае сябе ў руках і вытрымка ў крытычных сітуацыях. Не адзін раз Йегер усталёўваў рэкорды на сваім самалёце. Яго далейшая кар'ера ішла ў падраздзяленнях ВПС, дзе ён ажыццяўляў трэнінг пілотаў. У апошні раз Чак Йегер пераадолеў гукавы бар'ер у 74 гады, што прыйшлося на пяцідзесятую гадавіну яго гісторыі палётаў і на 1997 год.

Комплексныя задачы стваральнікаў лятальных апаратаў

Вядомыя на ўвесь свет самалёты МіГ-15 сталі ствараць у той момант, калі распрацоўшчыкі зразумелі, што немагчыма грунтавацца толькі на пераадоленні гукавога бар'ера, а трэба вырашаць комплексныя тэхнічныя задачы. У выніку была створана машына настолькі ўдалая, што яе мадыфікацыі ўсталі на ўзбраенне розных краін. Некалькі розных канструктарскіх бюро ўключыліся ў своеасаблівую канкурэнтную барацьбу, прызам у якой быў патэнт на самы паспяховы і функцыянальны лятальны апарат. Распрацоўваліся самалёты са стрэлападобнасцю крыламі, што было рэвалюцыяй у іх канструкцыі. Ідэальны апарат павінен быў быць магутным, хуткім і неверагодна ўстойлівым да любых пашкоджанняў звонку. Стрэлападобнасцю крыла ў самалётаў сталі элементам, які дапамагаў ім утрая павышаць хуткасць гуку. Далей хуткасць самалётаў працягвала нарастаць, што тлумачылася павелічэннем магутнасці рухавікоў, ужываннем інавацыйных матэрыялаў і аптымізацыяй аэрадынамічных параметраў. Пераадоленне гукавога бар'еру стала магчымым і рэальным нават для непрафесіянала, але менш небяспечным яно ад гэтага не становіцца, таму любы экстрэмал павінен разумна ацэньваць свае сілы, перш чым вырашыцца на такі эксперымент.